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质谱基础知识

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质谱基础知识汇总

质谱基础知识汇总

质谱基础知识汇总(精华版)质谱，即质量的谱图，物质的分子在高真空下，经物理作用或化学反应等途径形成带电粒子,某些带电粒子可进一步断裂，形成离子，质谱的离子可以质谱的核心内容，今天就和大家聊一聊质谱使用者都应该知道的离子。

质谱，物质的分子在高真空下，经物理作用或化学反应等途径形成带电粒子, 某些带电粒子可进一步断裂，形成离子，每一离子的质量与所带电荷的比称为质荷比(m/z,曾用m/e)，不同质荷比的离子经质量分离器一一分离后，由检测器测定每一离子的质荷比及相对强度，由此得出的谱图称为质谱。

不同离子的概念1、分子离子分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。

分子离子用 M+表示。

分子离子是一个游离基离子。

在质谱图中与分子离子相对应的峰为分子离子峰。

分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量, 所以,用质谱法可测分子量。

2、同位素离子含有同位素的离子称为同位素离子。

在质谱图上,与同位素离子相对应的峰称为同位素离子峰。

3、碎片离子分子离子在电离室中进一步发生键断裂生成的离子称为碎片离子。

4、重排离子经重排裂解产生的离子称为重排离子。

其结构并非原来分子的结构单元。

在重排反应中，化学键的断裂和生成同时发生, 并丢失中性分子或碎片。

5、奇电子离子与偶电子离子具有未配对电子的离子为奇电子离子。

这样的离子同时也是自由基，具有较高的反应活性。

无未配对电子的离子为偶电子离子。

6、多电荷离子分子中带有不止一个电荷的离子称为多电荷离子。

当离子带有多电荷离子时，其质核比下降，因此可以利用常规的四极质量分析器来检测大分子量化合物。

7、亚稳离子从离子源出口到检测器之间产生的离子。

即在飞行过程中发生裂解的母离子。

由于母离子中途已经裂解生成某种离子和中性碎片，记录器中只能记录这种离子，也称这种离子为亚稳离子，由它形成的质谱峰为亚稳峰。

8、准分子离子比分子量多或少 1 质量单位的离子称为准分子离子，如：(M+H)+，(M-H)+。

质谱基础知识飞行时间质谱仪原理及应用

质谱基础知识飞行时间质谱仪原理及应用
营养成分和功能成分分析
飞行时间质谱仪能够检测食品中的营养成分和功能成分，为食品的 营养评价和功能研究提供依据。
04
质谱技术的发展趋势
高灵敏度质谱技术的发展
灵敏度提升
随着技术的不断进步，质谱仪的 灵敏度不断提高，能够检测到更 低浓度的物质，为痕量物质的分 析提供了可能。
选择性增强
高灵敏度质谱技术通过改进离子 化方法和分离技术，提高了对复 杂样品的选择性，降低了干扰物 质的影响。
质谱的应用领域
01
02
03
04
生物医药
用于蛋白质、核酸等生物大分 子的检测和鉴定。
环境监测
检测空气、水体中的有害物质 和污染物。
食品安全
检测食品中的添加剂、农药残 留等。
化学分析
对有机化合物进行定性和定量 分析，用于化学反应机理研究
等。
02
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪的结构
电离源
用于将样品分子转化为带电离 子，常见电离源有电子轰击、 化学电离、电喷雾等。
飞行管
离子在其中进行无散射的飞行 ，通常由真空密封的管子组成 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进样系统
用于将样品引入质谱仪中，通 常采用气相色谱或直接进样方 式。
加速电场
用于加速离子，使其获得足够 的能量进入飞行管。
检测器
用于检测到达终端的离子，通 常采用电子倍增器或微通道板 。
飞行时间质谱仪的工作原理
01
02
03
04
进样系统将样品引入电离源， 电离源将样品分子转化为带电
在化学领域的应用
在化学领域，质谱技术用于研究化合物的结构、组成、反应机理等，可以用于合成路线的确定、反应条件的优化等。

质谱发展历史-基础知识

质谱发展历史-基础知识
6、非极性物质难以离子
C:
MALDI 激光解吸附离子源
Matrix-Assisted laser
Desorption/Ionization
MALDI源的出现解决了生物大分子的离子化难题， 离子化过程与FBI有相似之处。
1、使用基质，但基质为固体。
2、 MALDI用脉冲激光束轰击样品和基质的共结晶 。
品光降解。
4、串联质谱功能较弱，除非接反 射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。 6、定量时需要内校准。 7、如没有反射飞行装置，不能分
析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低（如 含磷酸缓冲液，大于150mM的盐
等。
Sample submission
In solution, as concentrated as possible, volume 10-20 ul Minimum Concentration 10 pmol/microliter Use 200ul PCR-style eppendorf tubes
1、单同位素质量monoisotopic mass
最轻的稳定同位素的质量（也有说自然界中丰度最 大的同位素的质量）。 只有高分辨率的质量分析器才能分离出单同位素峰 。
2、化学平均分子量M 根据同位素质量及丰度计算出平均质量，
所有元素的平均质量给出分子的平均质量。
3、最高峰质量 即未分辨开质谱峰最高处的质量数。
3、中性丢失扫描：
Q₃扫描与Q₁有一特定质量差异的子离子，谱图显示的是所 有特定中性分子丢失的母离子。
B、三级四极杆飞行时间质谱仪 Quadrupole time of flight
电荷数和质量数的计算
已知
mj=(m+nj)/nj

质谱基础知识及分析

质谱基础知识及分析
Br有79Br、81Br两种同位素，丰度比为1 ：1，仅含一个 溴原子，出现M，M+2峰，其强度比为1：1
21
根据相对相对强度判断分子式： 对于分子只含有同一种卤原子时，其同位素离子峰的
强度比等于二项式(a＋b)n展开式各项值之比。 n为分子中同种卤原子的个数， a为轻质量同位素的丰度比， b为重质量同位素的丰度比 判断分子中同位素原子数目
①分子离子m/e数值等于化合物的相对分子量，必位于谱图的最
右边，这在谱图解析中具有特殊意义分子离子峰的强度与假定的分子结构必须相适应；例如： 芳香族化合物和共轭链烯有利于正电荷的分散，分子离子比较稳定， 因此分子离子峰较强，有时分子离子峰就是基峰。
4
④分子离子是奇电子离子；
M M+2 M+4 M+6
以相对强度表示 33.3% 100% 100% 33.3%
如果化合物中含有多个氯或溴原子时，我们可以用二项式 （a+b）n来计算其M+2，M+4，M+6，……同位素峰的强度。
22
例如：计算CHBr3的同位素峰强度。 应为79Br相对丰度：81Br相对丰度=100：98≈1：1 即a=1，b=1，n=3 （a+b）n=a3+3a2b+3ab2+b3 =1 + 3 + 3 + 1
5
2、碎片离子峰
1）、饱和烷烃—σ键断裂 当化合物分子中没有π电子和n电子时，σ键的断裂成为主要的断裂方 法。通过半异裂形成一个偶电子离子，同时脱去一个中性自由基。 如烷烃分子离子的断裂。断裂的产物越稳定，就越易断裂。
碳正离子的稳定顺序为叔＞仲＞伯（诱导效应所致），所以异构 烷烃最容易从分支处断裂。支链大的易以自由基脱去（Stevenson规 则:较大的烷基比较容易丢失）。

波谱分析质谱课件

波谱分析质谱课件

波谱分析质谱的优点与局限性
优点 高灵敏度：可以检测到低浓度的化合物，有助于发现痕量组分。
高分辨率：能够准确地分离和鉴定相近的峰，有助于解析复杂样品中的化学成分。
波谱分析质谱的优点与局限性
• 广泛的应用范围：可以应用于不同类型样品的分 析，如有机物、无机物、生物分子等。
波谱分析质谱的优点与局限性
CHAPTER 03
波谱分析质谱实验技术
样品的制备与前处理
01
02
03
样品收集
选择健康的或具有代表性 的植物、动物或微生物样 品进行采集，并记录采样 地点、时间等信息。
样品处理
将采集的样品进行清洗、 破碎、匀浆等处理，以获 得更小颗粒度的样品。
样品干燥
将处理后的样品进行干燥 处理，以去除水分和其他 挥发性成分的影响。
术，提高离子的产生、传输和检测效率，从而实现对超低浓度目标分子
的检测。
03
最新进展
随着技术的不断发展，高灵敏度质谱的检测限越来越低，目前已经达到
ppt级别，同时多级质谱技术的运用也使得对目标分子的结构鉴定更加
准确。
多维质谱技术
概述
多维质谱技术是一种利用不同极性、不同能量或不同色散 率的多个分离装置串联或并联起来，对复杂混合物进行分 离、检测和鉴定的技术。
局限性
仪器成本高：波谱分析质谱仪器较为昂贵，运行和维护 成本也较高。
样品制备复杂：对样品的纯度和状态要求较高，需要进 行预处理和分离等步骤。
需要专业人员操作：需要经过专业培训的人员进行操作 和维护，以确保仪器的稳定性和数据的准确性。
未来发展趋势与展望
技术创新
多仪器联用
随着科技的不断进步，未来波谱分析质谱 技术将不断进行创新和改进，提高仪器的 性能和效率，拓展应用领域。

质谱基础知识

质谱基础知识
到质谱图。 分子离子：样品分子失去一个电子后形
成的质量与分子量相等的离子，M+。 碎片离子：由样品分子或分子离子发生
化学键断裂后形成的各种离子。
质谱图
质谱常用术语
母离子：可进一步电离产生更小碎片的 离子，与子离子对应。
子离子：由母离子裂解而来的小碎片离 子。
同位素离子：由样品中元素的同位素产 生的离子。如12C/13C=1.11
作用：将检测器检测到的电信号记录并 储存，同时控制各部分电子元件的操作 参数。
质谱仪结构组成 数据处理系统
质谱仪结构组成 真空系统
质谱仪结构组成 真空系统的作用
提供足够的平均自由程 提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应 减少背景干扰 延长灯丝寿命 消除放电 增加灵敏度
质量分析器类型 四极杆
质量分析器类型 离子阱
质量分析器类型 飞行时间
质量分析器类型 扇形磁场
质谱仪结构组成 检测器
作用：将通过质量分析器的离子转变成 电信号输出。
类型：直接测量；电子倍增器。
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 数据处理系统
高真空泵：油扩散泵或涡轮分子泵，将 真空抽到10-4——10-5 Pa。油扩散泵较 便宜，但会产生一定的本底，并可能造 成反油，污染离子源和质量分析器。涡 轮分子泵可以克服油扩散泵的缺点，但 价格较贵。
质谱仪结构组成 供电系统
作用：为系统提供能量，使仪器按照确 定的电磁参数正常运行。
质谱基础知识
离子源 结构与离子轨道
离子源
电子轰击电离方式
离子源
化学电离方式
离子源
化学电离方式

质谱基础知识-飞行时间质谱仪原理及应用 PPT


直线式VS反射式
直线型飞行时间质谱仪的 主要缺点：分辨率低。
离子初始能量不同，使得 具有相同质荷比的离子达 到检测器的时间有一定分 布，造成分辨能力下降。
改进的方法
在线性检测器前面的加上 一组静电场反射镜，将自 由飞行中的离子反推回去， 初始能量大的离子由于初 始速度快，进入静电场反 射镜的距离长，返回时的 路程也就长，初始能量小 的离子返回时的路程短， 这样就会在返回路程的一 定位置聚焦，从而改善了 仪器的分辨能力。
质量精度（mass accuracy）：衡量质谱仪器测量物质 成分的准确度；ppm
质量范围（mass range ）：质谱仪器测量物质成分的 质量大小范围；1~ ∞
灵敏度（sensitivity）：质谱仪器所能测量物质成分 的最低含量；单分子检测
飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
离子源：
电喷雾电离源（ESI）
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
质量分析器
TOF-MS分辨率低的原因
时间分散 空间分散 能量分散
改进方法
脉冲电离 离子延迟引出 反射器技术
目前, TOF -MS大都装有反射器,使离子 经过多电极组成的反射器后沿V型或W 型路线飞行到达检测器,使得分辨率可 达20 000 以上, 最高检测质量可超过 300 000 Da,且具有很高的灵敏度。
+ +

++ + ++
+
+++ +++
+++ +++
+

质谱解析基础


上式中
是单箭头，表示单电子转移，Y为杂原子。
（1）游离基引发的断裂（α断裂）
因为α断裂比较容易发生，因此，在乙醇质谱中，m/z 31的峰比较强。
Mr：74
Mr：87
（1）游离基引发的断裂（α断裂）
B．含不饱和杂原子
•酮也易发生α-断裂，其断裂与其相连的基团有密切关系
以丙酮为例，说明断裂产生机理：
分子离子峰的判别
• 1）在质谱中最高质量数的质谱峰有时反映的是同位素 离子峰，但它一般较弱。醚、酯、胺、酰胺、氰化物、 氨基酸酯、胺醇等的[M+1]+峰可能明显强于M+峰，芳 醛、某些醇或某些含氮化合物则可能[M-1]+峰强于M+峰 • 2）分子不够稳定，在质谱上不出现分子离子峰。当分 子具有大的共轭体系时，分子离子稳定性高，含有π键 的分子离子稳定性也较高 • 在各类化合物EI质谱中M+ 稳定性次序大致如下 芳香环（包括芳香杂环）>共轭烯 > 烯 > 脂环 > 硫醚， 硫酮 > 酰胺 > 酮 > 醛 >直链烷烃 > 醚 > 酯 > 胺 > 羧酸 > 腈 > 伯醇 > 仲醇 > 叔醇 > 高度支链烃 • 胺、醇等化合物的EI质谱中往往得不到分子离子峰。所 以在测EI谱之后，最好能再测软电离质谱，以确认分子 量
分子离子峰的判别
碎片离子和假分子离子
• 分子离子在离子源中获得过剩的能量转变为分子内能而发 生进一步断裂生成的离子称为碎片离子。质谱图中低于分 子离子m/z 的离子都是碎片离子，碎片离子提供提供品的 分子结构信息，对于结构鉴定具有重要的意义。 • 在离子源中，分子离子处于多种可能裂解反应的竞争之中， 结果形成一系列丰度不等的碎片离子。值得注意的是，分 子离子发生的占优势的一级裂解，不一定是质谱图上丰度 最高的碎片峰，因为它还可能进一步发生二级、三 级、……裂解。各种不同结构的有机化合物断裂的方式不 同，产生碎片离子的种类和丰度也不相同。在一定能量的 电轰击下，每一种化合物都有自己特定的质谱，为质谱用 于有机结构鉴定提供信息，是核对标准质谱图并使用计算 机贮存和解析的基础。

GCMS谱图解析基础

从mm1的总量中除去08可知碳同位素对m1的贡献为82102那么它可能含8个碳原子分别计算它们的m1峰及m2总共为140amu而有机化合物的组成不可能为的质量数为12814012812这样也就排除了含氧的可能其余下这12amu应用a元素补是a元素中fp碘的原子量大于12所以分子了式只能为c决定化合化合物的级成及分子式beynon表中记载了元素组成不同分子量不同的各种离子的mm1m2的比值fbeywon表节录的一部分
2、化学电离等软电离技术：
在化学电离条件下，样品分子与“反应气”离子在离子源中发生离子—分子反应。通常，样品分子得到一个氢或失去一个氢，得到质荷比为[M±1]的偶电子离子（OE）+，这些偶电子离了一般具有较低的内能。因此用EI得不到分子离子的化合物，大多数在CI条件下，可以产生能指明分子量的离子。除CI外，常用的软电离技术还有FI（场电离）FD（场解吸）及FAB（快原子轰去）等。
式中a：轻同位素相对丰度
b：重同位素相对丰度
n：分子中该元素的原子数目
例如：含一个氯原子的化合物CH3CL，由CH335CL（M=50）及CH337CL（M+2=52）组成，其中35CL与37CL的丰度比为3：1，则上式为
（3+1）1=3+1
CH335CL与CH337CL的丰度比，即m/m+2=3:1
M-15(.CH3), M-16(O), M-17(.OH,NH3), M-18(H2O),
M-26(CN,HCCH), M-27(CHNH2.CHCH2), M-28(CO,CH2CH2),
M-29(CHO,C2H5), M-30(CH2O,NO), M-31(OCH3,CH2OH),
M-32(CH3OH,S,O2), M-33(CH3+H2O), M-34(H2S), M-35(CL),

液相色谱质谱基础介绍

干燥气作用：加热的干燥氮气反向流动，带走液滴中的 中性溶剂分子，从而收缩液滴，直到排斥的静电力超过液滴表 面张力，引起库仑爆炸。 这个过程不断重复，直到待分析物离 子最终变成气态分子离子进入毛细管。 注：①被测物质离子化过程在进入离子源前已经完成!!
21
质谱的调谐和校正
调谐：通过把一系列已知质荷比的标准物引入 三级四极杆并产生离子，利用这些已知离子，调整 离子光学组件上的仪器参数（电压值），以期在全质量范围获得最大传输效率，获得理想信号强度。 调谐包括控制skimmer，八极杆，透镜，四极杆和检测器等的参数。
APCI
分析物的极性
极性 25
LC-MS分析条件的选择
2. 正负离子模式的选择
正离子模式（ESI+）： *适合碱性样品分析，可用乙酸（pH=3~4）或甲酸（pH=2~3）对样品加以酸化，降低pH *流动相酸性环境： 容易加合质子
负离子模式（ESI-）： * 适应于酸性样品，含氯、含溴和多个羟基时可尝试使用 * 流动相碱性环境：易失去质子 * 可用氨水或三乙胺（因产生顽固性背景102峰 [M+H]，慎用！）对样品进行碱化，增加pH
缺点：没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图。
2
培训目的
认识和了解液相色谱三重四级杆质谱（1290II-6460） 掌握MussHunter Data Acquisition参数设定，学会数据采集 掌握利用Qualitative Analysis进行数据分析的基本操作
3
• 不过滤离子，所有的带电离子全都通过
B → 扫描（SCAN）
• 指在给定的质荷比范围内，依次采集每个质量数的信号
C → 选择离子监测（SIM）
• 只是采集指定的某个或某几个质荷比的离子信号
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精品课件
质量分析器
• 单聚焦磁偏转质量分析器(single focusing) • 双聚焦磁偏转质量分析器(double focusing) • 四极杆质量分析器 (Quadrupole mass
analyzer) • 飞行时间质量分析器(time of flight)
精品课件
单聚焦磁偏转质量分析器
2）化学电离源(Chemical Ionization,CI) 3）基质辅助激光解析电离(matrixassisted
laser desorption-ionization,MALDI) 4）快原子轰击(Fast atom bombardment,
FAB）
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化学电离源
1）用 EI source 轰击反应气，得到反应气离子 2）反应气离子与样品分子作用，使样品分子电离 3）较EI能量低，碎片峰较EI少，更容易获得分子离
精品课件
双聚焦磁偏转质量分析器
这种静电分析器和磁分析器配合使用，同
时实现方向和能量聚焦的分析器，称为双
聚焦分析器。
精品课件
四极杆质量分析器
由两组对角筒形构成,分别施加直流电压和射频交 流电压,在一定的直流电压和交流电压比(u/v)以 及场半径r固定的条件下，对于某一种射频频率， 只有一种质荷比的离子可以顺利通过电场到达质 量分析器，这些离子成为共振离子，其它离子在 运动过程中撞击在圆筒电极上而被过滤掉。
MS_LCMS
精品课件
MS(mass spectrometry)
基本原理： 质谱分析是将样品转化为运动的带电气
态离子碎片，于磁场中按质荷比(m/z)大小
分离并记录的分析方法。
称量离子质量的工具。 其整个过程类似于：
精品课件
基本原理
• 质谱：称量离子质量的工具
12 units 0 units
精品课件
精品课件
电喷雾电离源
精品课件
电喷雾电离源
流出液在高电场下形成带电喷雾，在电 场力作用下穿过气帘,进入质量分析器.气 帘的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶 剂分子
精品课件
大气压化学电离源（APCI ）
电晕针高压放电，使喷雾气电离，产生初级离子。喷雾气为空气或氮气 初级离子立即与溶剂分子作用，形成溶剂离子(如H3O+, CH3OH2+ ) 溶剂离子与样品分子通过质子转移，形成[M+H]+ (正离子模式)或 [M-H](负离子模式) APPI的原理与此相似，以激光束代替电晕针
子峰
以甲烷为反应气示例： 在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4 + e→ C2H5+, CH5+, C3H7+, CH3+ 反应气离子与样品分子反应： CH5+ ＋M→[M+1]+＋CH4 C2H5+ ＋M→[M-1]+＋C2H6
精品课件
大气压电离源
大气压电离源 Atmospheric Pressure ionization, API 1. 电喷雾电离源 ElectrosprayIonization, ESI 2. 大气压化学电离源 Atmosphere Pressure Chemical Ionization, APCI 3. 大气压光致电离源 Atmosphere Pressure Photo Ionization, APPI
基本原理
• 质谱：称量离子质量的工具
Number of counts
12 units
精品课件
8 9 10 11 12 13 14 15
mass
基本原理
•电离装置把样品电离为离子 •质量分析装置把不同质荷比的离子分开 •经检测器检测之后可以得到样品的质谱图
精品课件
基本原理
以下为某一化合物的MS谱图
精品课件
电喷雾电离源
1. 样品溶液通过一根加有数千伏电压（高电场）的 不锈钢毛细管中喷出形成静电喷雾，形成非常细 小的带电雾滴
2. 当带电雾滴通过一个逆向的热氮气帘时，雾滴中 的溶剂逐渐挥发，雾滴体积变小，表面电荷密度 增加，形成强静电场使极性分子离子化，最终离 子从雾滴表面溅射出来
3. 离子源的电压大小取决与溶剂 通常电压是±2500 – ±4500 V （加正电压产生 正离子，加负电压产生负离子） 溶剂表面张力越大，所需电压也越大
• m/z = H2R2/2U是磁分析器质谱方程，是设 计质谱仪的主要依据。
R为一定值（因仪器条件限制），如再固定加速电位U， 则m/z仅与外加磁场强度H有关。扇形磁场的作用： 使相同质荷比，入射方向精不品课同件 的离子会聚
单聚焦磁偏转质量分析器
在讨论单聚焦分析器质量分离原理时，曾假定离子的初始能量为 零，离子的动能只决定加速电压。实际上，由离子源产生的离子， 其初始能量并不为零，而且其能量各不相同，经加速后的离子其能 量也就不同。因此即使是质量相同的离子，由于能量（或速度）的 不同。在磁场中的运动半径也不同，因而不能完全会聚在一起，这 就大大降低了仪器的分辨率，使相邻两种质量的离子m1和m2很难 分离。
基本原理
• 质谱：称量离子质量的工具
12 units 12 units
精品课件
基本原理
• 质谱：称量离子质量的工具
12 units 10 11 12 13 14 15
基本原理
• 质谱：称量离子质量的工具
12 units 14 units
精品课件
8 9 10 11 12 13 14 15
精品课件
双聚焦磁偏转质量分析器
Re=2U/E=mu2/Ez
如果电场强度E一定，离子轨道半径仅取决于离子的动 能，而与离子质量无关，所以扇型电场是一个能量分 析器，不起质量分离的作用；对于质量相同的离子， 它是一个速度分离器。在双聚焦质谱仪中,同时采用电 场和磁场组成的质量分析器，因而不仅可以实现方向 聚焦,即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦，而 且可以实现速度聚焦，即将质荷比相同，而速度(能量) 不同的离子聚焦。所以双聚焦质谱仪比单聚焦质谱仪 (只能实现方向聚焦)具有更高的分辨率。
精品课件
离子源
硬电离源：很多离子碎片峰，提供丰富的结构信息
。主要为电子轰击源。
软电离源：无碎片峰或者少量碎片峰，主要为分子
离子峰，通常是M+1或M-1或加合峰，如[M+23]， [M+溶剂]
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硬电离源
电子轰击源(Electro-Impact source, EI)
精品课件
软电离源
1）大气压电离源(Atmospheric Pressure ionization)